1 / 68

F7 - Systemarkitekturer

F7 - Systemarkitekturer. Hård- och mjukvaruvaruarkitektur i nätverk. Referenslitteratur: Information Systems Kapitel: 8, 9, 10 av Steven Alter. 2007-04-24. Bernt Karlsson. 1. Arbetssystem. Customers people who benefit from the products produced by the work system. Products

norman-bowman
Download Presentation

F7 - Systemarkitekturer

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Bernt Karlsson F7 - Systemarkitekturer Hård- och mjukvaruvaruarkitektur i nätverk Referenslitteratur: Information Systems Kapitel: 8, 9, 10 av Steven Alter 2007-04-24 Bernt Karlsson 1

  2. Arbetssystem Customers people who benefit from the products produced by the work system Products and Services what the work system produces Dataflödesdiagram Organisations- struktur Business Process activities performed in the work system Modeller för arkitekturer: - hårdvara - mjukvara Participants people who perform the business process Information information used by participants in doing work Technology hardware, software, etc. used by participants Konceptuell Modell E-R diagram infrastuktur kontext 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 2

  3. Agenda • Hårdvaruarkitekturer • Nätverkstopologier • Databehandling • Mjukvaruarkitekturer • Datorer • Itea Lab 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 3

  4. Arbetssituation Dialog Hur vill du att din dator skall uppföra sig? 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 4

  5. Beteende variabler för IT • Funktionell kapacitet • Lagringsutrymme (GB, TB) • Överföringshastighet (Mbps/Gbps) • Processorkapacitet (MIPS, FLOPS) • Pris t.ex. lagningskostnad • Driftsäkerhet (MTBF) • Villkor för bearbetningar • Användbarhet • Kvaliteten på användargränssnitten • Enkelt att lära sig • flyttbar (portability) 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 5

  6. Beteende variabler för IT, fort • Kompatibel • Standarder • Mot tidigare versioner • kodning, gränssnitt • Underhåll • Moduler • Skalbarhet • flexibilitet 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 6

  7. Beteendet påverkar • Vilken typ av dator som arbetsuppgiften behöver • Hur mjukvaruarkitekturen skall se ut • Hur hårdvaruarkitekturen skall se ut 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 7

  8. Historiska datorer ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) USA 1946 - 1955 20 ordsminne (1 ord=10 bitar) 19000 elektronrör, 1500 reläer 200 kW Simulator: http://page.mi.fu-berlin.de/~zoppke/D/ ASCC(AutomaticSequenceControledCalcylator)/Mark1USA1944-1959 60ordsminne(1ord=23tecken,10bitarpertecken) 765299delarmed3000reläeroch200omkopplare.Reference: http://ed-thelen.org/comp-hist/TheCompMusRep/TCMR-V12.html 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 8

  9. Historiska Svenska Datorer BESK (binär elektronisk sekvens kalkylator) 1953 (KTH). Spec: • 40 bitarsmaskin (1 ord=40 bitar) • Instruktionslängd 20 bitar • Primärminne 512 ord • Sekundärminne 2x4096 ord • 2400 Elektronrör • 400 germaniumdioder • effektförbrukning 15 kW http://www.treinno.se/pers/okq/besk.htm Besk och dess föregångare Bark 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 9

  10. Stationära datortyper • Superdatorer (mycket stora datavolymer, hög hastighet på beräkningar, Nationella) • Stordatorer (mainframes, stora datavolymer, företagsgemensam) • Minidatorer (midrange, på utgående, avdelningar) • Servers (midrangedatorer som ger service till många klienter) • Arbetsstationer (Workstation, kraftfull PC) • Stationära PC (desktop personal computer) 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 10

  11. Portabla datortyper • Bärbar PC (Laptop, 12”-17” skärm, PC med kompromiss mellan kapacitet och storlek) • Tablett PC (Pekdator, 8”-12” tryckskärm, med full PC funktionalitet, men begränsad kapacitet) • Ultra portabel PC (UMPC, handdator med full PC funktionalitet, 7”-8” tryckskärm, men mycket begränsad kapacitet) • PDA (personal digital assistents, 4”-6” tryckskärm, men mycket begränsad PC funktionalitet) • Intelligenta mobiler (Smart Phones, 1,5”-4” skärm, Begränsad PC funktionalitet och samtidigt mobil) 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 11

  12. Superdatorer • Har tusentals processorer • Exempel på användning: • Väderprognoser • Komplicerade fysiska fenomen t.ex. aerodynamik • Några kända superdatorer • CRAY X1 - X4 (för väderprognoser) • Columbia (Altix från Silicon Graphic) installerad på NASA (US) (50 000 Gigaflop) Referens: http://www.nas.nasa.gov/About/Projects/Columbia/columbia.html 256 dual core Itanium 2 (1.6 gigahertz, 18 megabytes cache) processors and 1 terabyte memory 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 12

  13. Stordator (mainframe) • Hanterar stora datamängder snabbt och effektivt, men de är inte gjorda för komplexa vetenskapliga beräkningar • Ändrat fokus: • från 1000:tals anslutna enkla textterminaler • Till support av 1000:tals användare via webbläsare eller applikationsklienter t.ex. • Ekonomi, administration • konferenssystem som First Class • sökning i databaser för t.ex. person (kund) uppgifter • multimediatjänster för information och underhållning som • webb- och podradio, webbTV, Film, musik Referens: http://www03.ibm.com/ibm/history/exhibits/mainframe/mainframe_intro.html 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 13

  14. Minidator • äldre datortyp (slog igenom runt 1960) för flera samtidiga användare, En minidator är stor som ett kylskåp och hade förr terminaler anslutna, numera ersatta av vanliga persondatorer. • PDP, VAX (Digital), AS400 (1988, IBM) var känd för sin driftsäkerhet. den sista minidator som var kommersiellt framgångsrik. • Minidatorerna har ersatts av persondatorer i nät, men de används fortfarande för att styra och övervaka industriella processer. Idag är det bara IBM som framgångsrikt marknadsför minidatorer, 2001 gick AS400 upp i serverserien Iseries som kan köra AS400:s operativsystem. Referens: http://cstjanster.idg.se/sprakwebben/ord.asp?ord=AS400 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 14

  15. Servers • Funktionella enheter som ger service till klienter över nätverk • En Server kan ha egen hårdvara eller dela den med annan server/servers eller med en WS (PC) • Populära OS för Servers är FreeBSD, Solaris och GNU/Linux • Några kända leverantörer är IBM, SUN, HP och Dell 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 15

  16. Exempel på Servers • Webbserver, för webbinnehåll • Applikationsserver, mellan t.ex. databaser och klienter, för webbportaler • File server, Print server, Chat server, Fax server, Mail server, News server • Proxy server, för internetsupport • Telnet server, för remote login • Audio/Video server, för musik, film och spel 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 16

  17. Exempel på Proxy servers • Revers Proxy, nära web server/s för ökad säkerhet, krypterings/SLL accelerering, lastbalansering mellan web servers, lastutjämning mot klienter • Split Proxy, en i vardera änden av en långsam förbindelse för att komprimera och dekomprimera data • Open Proxy, accepterar alla klienter mot alla destinationer, populärt att installera av ”spammers” i ovetande klienters datorer • Web Proxy, blockera anstötliga websidor, omformatera websidor för PDA, smart phones • Intercepting Proxy, förhindra att klienter bryter mot organisationers policy http://en.wikipedia.org/wiki/Proxy_server 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 17

  18. Arbetsstation WorkStation, WS • Avancerad enanvändardator, med snabb grafik och hög beräkningskapacitet. Ser ut som en stor persondator (PC). • Optimerade för att användas till teknisk konstruktion i 3D, simuleringar, videoproduktion och liknande. • Gränsen mellan WS och PC är numera inte helt tydlig. • Storhetstiden var 80 och 90 talet. • Kända tillverkare är SUN och HP (tidigare Apollo) • Egenskaper som SCSI/Fiber anslutna diskar, kraftfull 3D grafik, mycket internminne, en eller flera 64 bits processorer och mycket bra kylning. http://en.wikipedia.org/wiki/Workstation 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 18

  19. Kommunikationsprotokoll • OSI modellen (open system Interconnection Basic Reference Model). 7 lagersmodellen http://sv.wikipedia.org/wiki/OSI-modellen Bernt Karlsson

  20. Lager 3-7 för några olika protokoll http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_Model Bernt Karlsson

  21. Lager 1-2 för några olika protokoll http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_Model Bernt Karlsson

  22. TCP/IP och applikationslagerutökningar • Telnet (TELetype NETwork) för att använda terminal mot remote host • FTP (File Transfer Protocol) för filtransport mellan datorer • POP (Post Office Protocol) för att spara och hämta e-post • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) används för e-post transport mellan datorer • MIME (Multipurpose Internet Mail Extension) utökning av SMTP, ger fler datatyper • HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), för att sprida hypertext info på WWW. Bernt Karlsson

  23. Sammankoppling av datornät • Gateway, kopplar ihop två nätverk med olika protokoll. kallas populärt för protokollkonverterar. Kan opererera på vilket protokol- lager som helst. • Router, fungerar som en knutpunkt mellan två eller flera nätverk. Bufferterar och vidarebefordrar datapaket mellan näten. Lager 3. • Brygga (Bridge), kopplar ihop flera nätverkssegment på lager 2(datalink layer) enligt OSI modellen. • Repeater, utökar räckvidden som data säkert kan transporteras. Arbetar på det fysiska lagret, lager 1 enligt OSI modellen. • Switch, en nätverkskomponent som styr datatrafik mellan olika noder i ett nätverk, lager 2 i OSI modellen. • Hub. Ethernethub är en koncentrator som arbetar på det lägsta protokoll lagret (enligt OSI (Open System Interconnect), lager 1 (fysiskt lager)) http://en.wikipedia.org/wiki/Gateway_%28telecommunications%29 Bernt Karlsson

  24. Gateway • Typiskt jobb är att konvertera en protokoll stack till en annan. En gateway bör ha funktioner för protokollöversättning, adressöversättning, impedansmatchning, hastighetsanpassning, signalöversättning, etc. • Exempel på användning: AppleTalk DECnet Local Area Network (LAN)/ Wireless LAN IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) Wide Area Network (WAN)/Internet TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) Bernt Karlsson http://en.wikipedia.org/wiki/Gateway_%28telecommunications%29

  25. Router • 1980 skapades den allra första internetroutern (på Stanford) • För att kunna vidarebefordra datapacket, så kommunicerar routern med andra routers med hjälp av routing protokoll. Med informationen skapar och underhåller routern en routing tabell. Den anger bästa (kortaste) väg för att nå viss nätverksdestination och vilken som är nästa router på vägen. Arbetar på lager 3 (Network) enligt OSI. • Edgerouter, ansluter klienter (slutanvändare) till internet. • Corerouter, har som enda uppgift att skicka datapaket till andra routers inom ett ISP (Intrenet Service Provider) nätverk. http://en.wikipedia.org/wiki/Router Bernt Karlsson

  26. Routing metod Network ID (MAC address) Network A Routing table Dest X = R2 Network D http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/routing.htm Bernt Karlsson

  27. Nätverksbrygga (Network bridge) • Bryggan bearbetar informationen från varje dataram som kommer in, så att MAC (Media Adress Control) adressen för källan och destinationen frilägges. Lager 2 (OSI) • Transparent bridging Metod för att välja väg för ramarna. Används av Adaptiva bryggor. Metod för att skicka ramar över nätverkssegment, med hjälp av en vidarebefordra–databas (tabell). Databasen byggs upp allt eftersom. Om en mottagaradress saknas i databasen så skickas ramen ut (broadcast) på alla destinationer, utom den mottagna destinationen. http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/index.htm Bernt Karlsson

  28. Source Route Bridging • Sändande node anger väg till destinationen. All-Route(AR) ramar skickas på alla destinationer för att hitta bästa väg till mottagande nätverkssegment. AR-ramen hoppräknare (stega ner för varje segment som passeras). Ramar slängs när hoppräknaren når 0, för att förhindra oändligga loopar. Den AR-ram som når målet först blir vägledande för efterföljande dataramar. Bernt Karlsson

  29. 1. Test frame 2. Explorer frames Source route bridging forts. Host X skickar en vägbeskrivning routing information field, i alla ramar. Dvs den anger vägen för att nå host Y Bernt Karlsson

  30. Repeater • Förstärker,skärperochställerinfrekvensenpåinkommandedigitalasignal,somskalltransporterasvidaremotdestinationen. • Taremotensvagsignalochsänderdenvidaremedhögreeffekt,såattsignalenfårlängreräckviddutanattdegraderaförmycket. • Tillämpningar:fiberoptiskarepeaters,Itrans-kontinentalochtrans-oceaniskakablar. Bernt Karlsson

  31. Switch • Använder sig av MAC-adresser (media access control) för att ta beslut om på vilken port dataramen skall skickas. Vanligen avses switchar för Ethernet, men motsvarande enheter finns för andra typer av nät, såsom Token Ring och FDDI (Fiber Distributed Data Interface). Det är ett vanligt fenomen att folk förväxlar switch med hubb, och det är fel. • Paketförmedling av datapaket - När ett datapaket anländer på en inkommande port i switchen skall den förmedlas vidare ut till rätt MAC-adress. • Upprätthålla paketförmedlingsarbetet - Switchar bygger och underhåller switchingtabeller (content-addressable memory). http://sv.wikipedia.org/wiki/Switch Bernt Karlsson

  32. Switching metoder • Store-and-forward, hela dataramen tas emot innan den vidarebefordras. Felupptäckten är hög då hela ramen söks igenom efter fel samtidigt som dataramen tas emot. Denna metod innebär att nätverkets latenstid kan bli hög om många stora dataramar skickas. Bra för nät med hög last. • Cut-through, destinationsadressen utläses innan hela dataramen har mottagits. Latenstiden i nätverket blir lägre men felupptäckten är betydligt sämre jämfört med Store-and-forward. Det finns två olika typer av cut-through switching. • Fast-forward switching är den metod som ger minst latens i nätverket. Skickar vidare datan så fort den kan avgöra på vilken port datan skall skickas. Detta gör att ingen felupptäckt genomförs och felaktiga dataramar kan vidarebefordras på nätverket. Latensen i fast-forward switching mäts som FIFO (First In First Out). Bra för strömmande media. • Fragment-free switching, Väntar ut kollisionsfragment (64 bytes (minsta meddelandelängd)) innan den skickar vidare data på nätverket. Bra för applikationer som använder överlastade (backbone) nät. Bernt Karlsson

  33. Multilager Switch • Arbetar förutom lager 2 även på lager 3 och 4, dvs utför vissa routingfunktioner. • klarar av att routa trafiken i hårdvaran (wirespeed routing) jämfört med en router som gör det i mjukvara. • Ex. är den lilla (kanske trådlösa) trådlösa Switch (brandvägg) som säljs för hemmanät. Bernt Karlsson

  34. Hub • Fungerar som en multiport repeater • Bara en i taget kan sända och varje ansluten dator är själv ansvarig för ”kollision detect and retransmission”. Bernt Karlsson

  35. Computer Networks (topologier) Stjärnnät (star networks) Ringnät (Ring Networks Bussnät (Bus Networks) 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 35

  36. Stjärnnät • All datatrafik går igenom en central nod. • Blir det fel på den så slår det ut hela nätet. • Kapaciteten i nätet begränsas av den centrala noden. Bernt Karlsson

  37. Stjärnnätverk • Äkta stjärnnät använder en ”switch” som anslutningspunkt • Om hub används så ser nätet fysiskt ut som ett stjärnnät men uppför sig logiskt som ett bussnät. • Bra kommunikationskapacitet för Switch, sämre för hub. • Ansluts med 10baseT, 100baseT eller 1GbaseT, max längd 100m Switch/ Hubb Referens: http://www.webopedia.com/TERM/1/10BaseT.html 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 37

  38. Stjärnnät (hubb eller switch) Switch HUB Använder sig av lager 1 (physical layer, OSI model) Använder sig av lager 2 (Datalink layer, OSI model) http://www.cs.chalmers.se/ComputingScience/Education/Courses/distr/protected/datornetOH.pdf Bernt Karlsson

  39. Ringnät • Uppfanns 1960 av Olof Söderholm (IBM) patenterad 1980 • Varje nod är ansluten till två andra noder. • Kapacitetsmässigt sämre än stjärnnät, eftersom data måste passera varje nod i ringen för att nå destinationen. • Fungerar för små nät. Är billigt och enkelt. • Inga datakollisioner, då data går alltid i en riktning i ringen och man använder en token. • Den nod som vill sända data behåller token och sänder en dataram. • Den nod som tar emot data ramen skickar ut en ny token. Bernt Karlsson

  40. Bussnät • Kollisionsbenäget, metod för att hantera detta (t.ex. vänta ”random tid” och nytt på försök). • Ansluts med 10bas2 (maxlängd 185m)eller 10bas5 kabel (maxlängd 500m) • Noderna är alltid passiva utom när de sänder. • Trådlösa nät är till sin natur (använder samma frekvens) äkta bussnät. Cheaper RG58 50ohm BNC Thicknet RG8 50ohm Vampiretap Bernt Karlsson

  41. Kommunikationsnätverk • Internet: • Publikt nät för kommunikationen mellan olika intressenter t.ex. för elektronisk handel (business to consumer (B2C)) • Intranet • Företagsnätverk som erbjuder E-post, nyhetsgrupper, filhämtning, webbpublicering mellan anställda i företaget (koncernen) • Extranet • Privat TCP/IP nätverk som binder ihop ett företag med tex kunder och leverantörer för elektronisk handel (e-commerce, business to bussines (B2B)). • Kan vara implementerat som VPN på internet. 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 41

  42. Virtual Private Networks • VPN(VirtualPrivateNetworks) • kant.ex.tunnlasmedkrypteringpåInternet.E.g.Förattkommuniceramellantvåkontor.VPNanvänderIPsec.SomarbetarpåNätverkslagret.Lager3enligtISO. Procedur: 1.AnsökanProgrammetsomvillupprättaensäkersessionanroparbrandväggenochansökeromenkanaltillnätverket 2.IdentifieringBrandväggensäkerställeridentitetpånodensomanropar.Denhärkontrollenkantillexempelskemednyckelparochcertifikat(PKI). 3.AutenticeringNärbrandväggenärsäkerpånodensidentitetkontrollerasbehörighetiendatabas 4.UpprättasessionÄrnodenbehörigsåupprättarbrandväggenensession.Engemensamkrypteringsnyckelupprättasochutbyts.Trafikkandärefterskeiensäkerkanalmellanbrandväggenochnoden. http://www.intranetica.com/intranetica/vpn/ Bernt Karlsson

  43. Peer to Peer (P2P) • P2P (Peer to Peer)nät. • Icke hierarkist nät, med kommunikation mellan likvärdiga noder, men som kan ha olika roller. T.ex. för fildelning, chat och IP-telefoni. Bernt Karlsson

  44. Grid Computing • SomP2Pmenmandelariförstahanddatorresurserochintefiler. • Klusteravlokalaochglobaladatorersomisamverkanviaintra-ochinternetanvänderledigkapacitetförattbearbetadataförettgemensamtprojekt. • Tillämpningsområdenärväderprognoser,ekonomiskaanalyser,forsninginombiologi,kemi,fysik • Ex.påettprojektärSETI(SearchforExtraterrestrialIntelligence)@Homeproject,därtusentalsanvändareupplåtersinaledigaprocessorcyklerförattbidratillsökandetefterteckenpåliv,isignalerfrånrymden http://www.iturls.com/English/TechHotspot/TH_22.asp http://www.informit.com/articles/article.asp?p=169508&seqNum=2&rl=1 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 44

  45. Hur används ”Grid Computing” Referens: http://www.informit.com/articles/article.asp?p=169508&seqNum=2&rl=1 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 45

  46. Nätverk (grids) av Superdatorer • SNIC(SwedishNationalInfrastructureforComputing).Infrastrukturenären"pyramid”avsystem,mellannivåsystempålokalnivåochtrestörresystemiLinköping,UmeåochStockholm. • NDG(NordicDataGridFacility) • EGEE(EnablingGridsforE-scienceinEurope) • Störstaanvändarnainomfysik,kemiochteknikvetenskap,mentillväxtområdensombioinformatikochlivsvetenskapkommeralltmer Referens: http://www.vr.se/huvudmeny/forskningvistodjer/forskningensinfrastruktur/tillgangtillsuperdatorer.4.64fbca2110dabf7901b80002699.html http://www.top500.org/ 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 46

  47. Globus Alliance • Bildades 1996 • En förening för organisationer och individuella som utvecklar den fundamentala teknologin bakom “the Grid,” • Syftet är att få åtkomst till datorresurser, databaser, instrument och andra “on-line” verktyg över nätet, säkert och utan begränsningar Referenser: http://www.globus.org/ 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 47

  48. Globus Toolkit • Första version 1998 • Är en “open source software toolkit” för att bygga “Grid” System och applikationer. Utvecklas av “Globus Alliance” och många andra över hela världen. Referenser: http://www.globus.org/toolkit/ 2007-04-24 Bernt Karlsson Bernt Karlsson 48

  49. 30% av Internet 2005-01-15 http://www.opte.org/maps/ Dark blue: net, ca, us Green: com, org Red: mil, gov, edu Yellow: jp, cn, tw, au, de Magenta: uk, it, pl, fr Blue-green: br, kr, nl White: unknown 700 000 nät och max 256 noder per nät Bernt Karlsson

  50. Internets fortsättning • Abilene Network http://abilene.internet2.edu/ • Utvecklades av Internet2 Community som bildades 1996 • Är ett höghastighetsnät i US • Kapacitetsmål 100 Gbps transmission, idag 10 Gbps. • Används för forskning av universitet, större företag och nationella organisationer. http://www.internet2.edu/ Bernt Karlsson

More Related